Кинетика адсорбции

Рассмотрим рис.14.3а. Газовый поток с начальной концентрацией у_н поглощаемого вещества непрерывно подается в неподвижный слой адсорбента. Через некоторое время на начальном участке слоя адсорбента поглощение практически прекращается из-за насыщения адсорбента поглощаемым веществом. Сорбирующиеся вещества «проскакивают» через этот слой, и зона адсорбции перемещается в следующие слои. Изменение фронта адсорбции изображено на рис.14.3б.

На рис.14.3:U – скорость перемещения фронта адсорбции;h₀ – участок слоя адсорбента, на котором происходит изменение концентрации от у_н до концентрации, соответствующей началу «проскока».

, (14.4)

Рис.14.3. Движение фронта адсорбции по слою адсорбента

где – число единиц переноса в газовой фазе;

– объемный коэффициент массопередачи.

Как уже говорилось выше, при процессе адсорбции существуют две области: внутридиффузионная и внешнедиффузионная. Процесс протекает в той или иной области в зависимости от значения критерия Био (Вi_d). Если значение Вi_d ≥ 30, то скорость процесса определяется скоростью массопроводности внутри зерна адсорбента. Если значение Вi_d ≤ 0,1, то скорость процесса зависит от скорости массопередачи в газовой фазе.

2.АДСОРБЕРЫ. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АДСОРБЕРОВ.

Классификация адсорберов

Адсорберы можно разделить по условиям работы на следующие группы:

а) с неподвижным адсорбентом;

б) с движущимся зернистым адсорбентом;

в) с псевдоожиженным пылевидным адсорбентом.

Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента весьма просты по устройству и представляют собой цилиндрические вертикальные или горизонтальные емкости, заполненные адсорбентом. Примером адсорберов с неподвижным слоем адсорбента может служить аппарат, изображенный на рис.14.4. В тех случаях, когда адсорбция проводится из жидкой фазы, в качестве адсорберов используется обычная фильтровальная аппаратура.

Рис. 14.4. Вертикальный адсорберс неподвижным зернистым адсорбентом

1  Цилиндрический корпус; 2  решетка; 3,4  штуцеры

Аппараты с движущимся зернистым адсорбентом подразделяются на аппараты типа полых колонн и аппараты с механическими транспортными приспособлениями. Полые колонные аппараты применяют преимущественно для адсорбции из газовой фазы, аппараты второго типа – для адсорбции из жидкой фазы. Колонный адсорбционный аппарат с движущимся слоем адсорбента приведен на рис. 14.5. В колонну встроены холодильник 1, подогреватель 7 и распределительные тарелки 2.

Рис. 14.5. Колонный адсорбер с движущимся слоем адсорбента:

1 – холодильник; 2 – распределительная тарелка; 3 – адсорбционная секция; 4 – распределительное устройство для исходной парогазовой смеси; 5 – патрубок для ввода исходной парогазовой смеси; 6,10 – патрубки для ввода и вывода теплоносителя; 7 – подогреватель десорбционной секции; 8 – затвор-отводчик адсорбента; 9 – распределительное устройство для острого водяного пара; 11 – патрубок для продуктов десорбции; 12 – патрубок для отвода непоглощеной части парогазовой смеси; 13, 14 – патрубок для ввода и вывода охлаждающей воды; 15 – патрубок для ввода острого водяного пара

Зернистый стержнеобразный адсорбент, вводимый в аппарат, движется сверху вниз. Скорость движения регулируется внизу затвором-отводчиком 8. При движении сверху вниз адсорбент вначале охлаждается в трубах холодильника 1, затем взаимодействует с исходной парогазовой смесью, которая поступает через патрубок 5. Непоглощенная часть парогазовой смеси отводится через патрубок 12.

Затем адсорбент нагревается в трубчатом подогревателе 7 десорбционной секции и, опускаясь вниз, взаимодействует с вытесняющим веществом - острым водяным паром, после чего выводится через патрубок 15. Регенерированный адсорбент удаляется из аппарата через затвор-отводчик 8. Продукты десорбции отводятся из аппарата вместе с вытесняющим веществом через патрубок 11. Распределительные тарелки 2 препятствуют смешению парогазовых потоков адсорбционной и десорбционной секцией.

Аппараты с механическим транспортированием адсорбента приведены на рис. 14.6.

Рис. 14.6. Схема адсорбера с перфорированными шнеками:

1 – корпус; 2–4 – перфорированные шнеки

В качестве транспортирующих приспособлений могут использоваться перфорированные шнеки или элеваторы с перфорированными ковшами. В первом аппарате (рис. 5.5) адсорбент поступает в левую секцию аппарата и шнеком 3 перемещается вниз. Шнеком 2 он подается в правую секцию, и шнеком 4 поднимается вверх и удаляется из аппарата. Поток жидкости, содержащей адсорбируемое вещество, перемещается через аппарат в направлении, обратном движению адсорбента.

Аппараты с псевдоожиженным пылевидным адсорбентом разделяют на одноступенчатые и многоступенчатые. Одноступенчатый адсорбер изображен на рис.14.7.

Рис. 14.7. Одноступенчатый адсорбер с псевдоожиженным адсорбентом

1 – корпус; 2 – газораспределительная решетка;